Углеводороды в природе

Углеводороды в природе

Понятие о углеводородах

Одно из определений органической химии – химия углеводородов и их производных .

Таким образом, изучение этого группы соединений имеет особое значение, так как углеводороды являются структурной основой всех остальных классов органических веществ.

Классификация углеводородов

Углеводороды

Циклические

Ациклические

Гетероциклические

Предельные

Непредельные

Карбоциклические

Ароматические

Алициклические

Алканы

Алкены

Циклоалканы

Диены

Циклоалкены

Алкины

Углеводороды являются важнейшим видом сырья для химической промышленности. Они широко распространены в природе и могут быть выделены из различных природных источников: нефти, природного и попутного нефтяного газа и каменного угля .

Природные источники углеводородов

Каменный

уголь

Газ

Нефть

Химический состав природного и по путного нефтяного газа

Применение природного газа

Исходное сырьё в

химической

промышленности

Горючее, для

отопления

жилых домов

Топливо, для

машин,

электростанций

Продукты переработки

природного газа

Нефть

Нефть - это маслянистая жидкость от бурого до чёрного цвета с характерным запахом. Она представляет собой смесь различных углеводородов. Нефть намного легче воды и практически в ней не растворяется.

Химический состав нефти

Исторические сведения

Нефть известна человечеству с давних времен. Как показали археологические раскопки, на берегу Евфрата она добывалась 6-7 тыс. лет до н. э.  Нефть использовалась  для освещения жилищ, добавлялась в состав для бальзамирования трупов.

В Китае бурение было известно ещё в XVIII в. до нашей эры. Для ее добычи строились нефтяные колодцы. Китайцы употребляли нефть для освещения, как лекарство и в военных целях. Китайские воины из “огненных повозок” бросали горшки с горящей нефтью в ряды врагов.

В VII веке н. э. византийцы создали так называемый “греческий огонь”. В одном из многочисленных рецептов, которые греки хранили в глубочайшей тайне, написано "Возьми чистую серу, нефть, смолу, поваренную соль, деревянное масло; хорошенько провари все вместе, пропитай этим составом паклю и подожги. Такой огонь можно погасить только песком". В средние века смесь использовалась главным образом для освещения улиц. В ХV веке в Париже появились первые асфальтированные улицы. Главное, нефть стали использовать для керосиновых ламп, для заделывания щелей и смоления судов.

Переработка нефти

Первичная

(перегонка, ректификация)

Вторичная

Крекинг

Пиролиз нефтепродуктов

Гидроочистка нефтепродуктов

Риформинг

Ректификация (фракционная переработка) – это физический способ разделения смеси компонентов, основанный на различии их температур кипения.

Выход бензина 17-20%

Горючее для автомобилей

и самолетов,

растворитель масел и каучуков

40-150 0 С

БЕНЗИН С 5 -С 11

150-250 0 С

Сырье для химического

производства

ЛИГРОИН С 8 -С 14

180-300 0 С

Горючее для тракторов,

реактивных двигателей

КЕРОСИН С 12 -С 18

275-400 0 С

Горючее для дизельных

двигателей

ГАЗОЙЛЬ С 13 -С 19

Соляровое масло, смазочные масла, вазелин, парафин,

Топливо для электростанций, кораблей, сырье для производства масел

Твердый остаток – гудрон

и продукты его переработки

битум и асфальт

МАЗУТ

Виды крекинга

Каталитический

Термический

Термический крекинг

Сущность крекинга заключается в том, что при нагревании происходит расщепление крупных молекул углеводородов на более мелкие, в том числе на молекулы, входящие в состав бензина. Обычно расщепление происходит примерно в центре углеродной цепи по С—С-связи, например:

Термический крекинг

Осуществляют в промышленности, пропуская нефтепродукты (мазут) через трубчатую печь при температуре 470 0 -550 0 С и под давлением 2-7 Мпа.

Образуется смесь предельных и непредельных углеводородов .

С 10 Н 22  С 8 Н 18 + СН 2 = СН 2

декан октан этилен

Каталитический крекинг

Этот процесс был впервые осуществлён в 1918 году Н.Д. Зелинским. Его проводят в присутствии катализатора (алюмосиликатов: смеси оксида алюминия и оксида кремния) при температуре 450 — 500°С и атмосферном давлении.

Каталитический крекинг

Проводят в присутствии катализаторов (алюмосиликатов) при более низкой температуре(450 0 -500 0 С) и атмосферном давлении.

Наряду с расщеплением идет изомеризация.

СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 

СН 3 -СН-СН 2 -СН 2 -СН 3



СН 3

Риформинг

это процесс ароматизации бензинов, осуществляемый путем нагревания их в присутствии платинового катализатора.

Риформинг

Процесс, приводящий к изменению структуры молекул.

СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 

+ 4Н 2

Условия: бензиновая и лигроиновая фракции, платиновый катализатор (с примесью оксида алюминия), температура 550 0 С, давление 10-20 атм.

ГИДРООЧИСТКА – это обработка водородом при нагревании и давлении в присутствии катализатора.

Актуальна в связи с проблемой окружающей среды : сернистые и азотсодержащие вещества, имеющиеся в нефтепродуктах, при сгорании образуют оксиды серы и азота, вызывающие коррозию аппаратуры и губительно действующее на все живое. С целью удаления этих химических элементов и проводят гидроочистку.

• ПИРОЛИЗ – это разложение органических веществ без доступа воздуха при высокой температуре.
• При пиролизе основными продуктами реакции являются непредельные газообразные углеводороды (этилен, ацетилен) и ароматические (бензол, толуол).
• Так как пиролиз – важнейший путь получения ароматических углеводородов, этот процесс часто называют ароматизацией нефти.

Каменный уголь

Каменный уголь — твёрдое горючее полезное ископаемое, промежуточный между бурым углём и антрацитом.

Коксование (пиролиз)

каменного угля

Нагревание без доступа воздуха до 900 – 1050  С

Продукты пиролиза каменного угля:

• Кокс
• каменноугольная смола
• коксовый газ